Sovrapposizione di due nanotubi a doppia parete con diversa conformazione strutturale seguendo le relative chiralità:monochirale (nanotubo interno) e polichirale (natubo esterno) Credit:SISSA/CNR IOM
I nanotubi possono essere utilizzati per molte cose:circuiti elettrici, batterie, tessuti innovativi e non solo. Gli scienziati hanno notato, però, che i nanotubi, le cui strutture appaiono simili, può effettivamente esibire proprietà diverse, con importanti conseguenze nelle loro applicazioni. Nanotubi di carbonio e nanotubi di nitruro di boro, Per esempio, mentre quasi indistinguibili nella loro struttura, può essere diverso quando si tratta di attrito. Uno studio condotto dalla SISSA/CNR-IOM e dall'Università di Tel Aviv ha creato modelli al computer di questi cristalli e ne ha studiato le caratteristiche in dettaglio e osservato differenze legate alla chiralità del materiale.
Lo studio è stato pubblicato su Nanotecnologia della natura .
"Abbiamo iniziato con una serie di osservazioni sperimentali che hanno mostrato che nanotubi molto simili mostrano proprietà di attrito diverse, con intensità che vanno fino a due ordini di grandezza, "dice Roberto Guerra, ricercatore presso il CNR-IOM e la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, primo autore dello studio. "Questo ci ha portato a ipotizzare che la chiralità dei materiali possa svolgere un ruolo in questo fenomeno". Lo studio ha coinvolto anche Andrea Vanossi (CNR-IOM) ed Erio Tosatti (SISSA), è stato condotto in collaborazione con l'Università di Tel Aviv.
Per i materiali, come quelli utilizzati nello studio, la chiralità è legata alla disposizione tridimensionale della trama che forma il nanotubo. "Se avvolgiamo su se stesso un foglio di carta a righe per formare un tubo, l'angolo che le linee formano con l'asse del tubo ne determina la chiralità, " dice Guerra. "Nel nostro lavoro abbiamo ricostruito il comportamento dei nanototubi a doppia parete, che possono essere immaginati come due tubi di diametro leggermente diverso, uno dentro l'altro. Abbiamo osservato che la differenza di chiralità tra il tubo interno e il tubo esterno ha un effetto notevole sulla forma tridimensionale dei nanotubi".
Un tubo poligonale
"Se continuiamo con la metafora della carta, la differenza di orientamento tra il reticolo sul tubo interno e il tubo esterno determina in quale misura, e, in quale modo, si formeranno regioni planari (facce) lungo il tubo", dice Guerra. Per capire meglio cosa si intende per "facce", immagina una sezione trasversale del tubo, che è poligonale anziché perfettamente circolare. "Più piccola è la differenza di chiralità, più chiare ed evidenti le facce", conclude Guerra. Se, però, la differenza di chiralità diventa troppo grande, le facce scompaiono ei nanotubi assumono la classica forma cilindrica.
Le facce appaiono spontaneamente a seconda delle caratteristiche del materiale. I nanotubi di carbonio a doppia parete tendono a formarsi con una maggiore differenza di chiralità interna ed esterna rispetto al nitruro di boro. Perciò, il primo mantiene solitamente una forma cilindrica che consente un minore attrito. In ulteriori studi, Guerra e colleghi intendono lavorare direttamente sulla misurazione del livello di attrito tra i nanotubi.